PHEMA聚合物刷/银纳米粒子杂化材料用于SERS分析：多功能传感基底的特性与性能研究

为解决传统表面增强拉曼散射(SERS)基底稳定性差、重现性低的问题，研究人员开发了基于PHEMA聚合物刷/AgNPs杂化材料的传感平台。通过原子转移自由基聚合(ATRP)合成不同厚度(0.1-1μm)和纳米粒子尺寸(20-200nm)的六种基底，结合SEM、AFM、FT-IR和LTS等技术表征，证明该平台对罗丹明6G(10-9M)、孔雀石绿等分子具有优异检测性能，为环境监测、食品安全等领域提供了新型分析工具。

　　

在分子传感领域，表面等离子体共振技术因其高灵敏度备受关注，但传统贵金属纳米粒子(SERS基底)存在易氧化、聚集不可控等痛点。就像"沙滩上的城堡"，胶体纳米粒子虽然容易制备，却难以抵御环境变化的"潮汐"。更棘手的是，这些基底产生的"热点"(hotspots)分布随机，导致信号重现性差，严重制约了SERS技术在食品安全、环境监测等领域的实际应用。

为解决这一难题，来自罗马萨皮恩扎大学的Peruzzi等研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表创新成果。他们巧妙地将聚合物工程与纳米技术结合，设计出具有"分子锚定"功能的PHEMA(聚甲基丙烯酸羟乙酯)聚合物刷，通过精确调控的原子转移自由基聚合(ATRP)技术，构建出能稳定"囚禁"银纳米粒子(AgNPs)的三维网络结构。这种设计既解决了纳米粒子的稳定性问题，又通过聚合物链间距控制实现了"热点"的可控排布。

研究采用三大关键技术：1)ATRP法精确合成含/不含交联剂(TREDGMA)的PHEMA刷；2)三种化学还原路径(NaBH₄或NH₂OH·HCl)原位制备AgNPs；3)多模态表征技术联用(SEM/AFM分析形貌，LTS检测局域表面等离子体共振(LSPR)，FT-IR验证化学结构)。

【聚合物刷表征】

交联型基底(s_HT系列)呈现独特的"柱状"结构，AFM显示其粗糙度(Sq=43±5nm)显著高于非交联型(Sq=11.0±0.5nm)。LTS光谱证实交联使AgNPs尺寸更均一(400nm等离子体峰)，而非交联样品因纳米粒子聚集出现600nm宽峰。

【SERS性能】

以罗丹明6G为探针分子，交联型基底s_HT_H表现最优：

• 增强因子达10⁴(633nm激光)和10⁵(532nm激光)

• 检测限低至10^-9M，优于多数文献报道

• 孔雀石绿在1174cm^-1特征峰可实现10^-9M定量检测

• 茜素在1320cm^-1特征峰检测限达10^-9M

研究创新性地揭示了聚合物结构-性能关系：TREDGMA交联剂如同"分子模板"，既能限制AgNPs生长(20-70nm)，又通过"柱状结构"实现热点有序排布。相比传统胶体体系，该平台使AgNPs抗氧化能力提升，存放一个月后仍保持稳定SERS活性。

这项研究为SERS技术实用化提供了新思路，其模块化设计允许通过调整单体组成、交联度等参数适配不同检测需求。未来通过功能化修饰，这种"聚合物纳米反应器"策略可进一步拓展至多重检测、即时诊断等领域，推动SERS技术从实验室走向实际应用。